(57)【要約】【課題】  高い感度で電位差を測定できる電圧検出装置を提供する。【解決手段】  この電圧検出装置１のセンサヘッド１１では、人体などの検出点にセンサ信号用電極１１１を接触させ、センサグランド用電極１１２を基準点に接触またはフローティングにすると、センサグランド用電極１１２に対するセンサ信号用電極１１１の電圧がレーザダイオードＬＤに印加され、レーザダイオードＬＤがその電圧に応じた強度の光を出射する。この電圧検出装置１によれば、レーザダイオードＬＤを検出点に電気的に接続したことで、ＥＯ結晶を用いたときのように低感度になってしまうことがなく、よって、高い感度で電圧を検出することができる。【選択図】図１
2006047202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧の検出点に電気的に接続されて当該検出点の電圧に応じた強度の光を出射する光源と、
この光源からの光を受光し当該光を該光の強度に応じた大きさの電気信号に変換する光検出器とを備えたことを特徴とする電圧検出装置。
【請求項２】
電圧の検出点と前記光源との間に、入力インピーダンスが高く出力インピーダンスが低いインピーダンス変換器を備えたことを特徴とする請求項１記載の電圧検出装置。
【請求項３】
電圧源と、この電圧源の電圧を、電圧の検出点の電圧に加算する加算器とを備えたことを特徴とする請求項１または２記載の電圧検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い感度で電圧を検出できる電圧検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、人体上の検出点の電圧を検出することで、その電圧が様々な用途に利用される。
【０００３】
図９は、人体上の検出点の電圧を検出するシステムの構成図である。
【０００４】
図９に示すように、人体上の検出点に接触させたセンサ信号用電極１１１のセンサグランド用電極１１２に対する電圧をセンサヘッド１１Ｅで光に変換し、この光を信号処理装置１３で電気信号に変換する。センサヘッド１１Ｅや信号処理装置１３は外部から電力供給を受ける場合には大地グランドに接地されることが多い。
【０００５】
図１０（ａ）は、人体を伝搬した電気信号を検出するシステムの中でも人体の２点に電極を接触させるシステムの構成図であり、図１０（ｂ）は、同様のシステムだが人体の１点に電極を接触させるシステムの構成図である。
【０００６】
なお、図１０（ａ）や図１０（ｂ）のシステムでは、センサヘッド１１Ｅと信号処理装置１３が可搬可能であり、よって、これらは大地グランドに接地されていないことが多い。
【０００７】
図１０（ａ）のシステムでは、人体に接触させた信号印加用電極１４に信号源１５から電気信号を印加すると、人体上のセンサ信号用電極１１１にはセンサグランド用電極１１２に対する電圧が生じるので、図９のシステムと同様にこの電圧を検出する。
【０００８】
図１０（ｂ）のシステムでは、同様に、信号印加用電極１４に電気信号を印加すると、人体上のセンサ信号用電極１１１には大地グランドに対する電圧が生じ、これにより、センサ信号用電極１１１には、どこにも接触させていないセンサグランド用電極１１２に対しても少なからず電圧を生じるので、図９のシステムと同様にこの電圧を検出する。
【０００９】
図１１は、図９や図１０（ａ）や図１０（ｂ）のシステムにおけるセンサヘッド１１Ｅと信号処理装置１３の構成図である。
【００１０】
センサヘッド１１Ｅでは、電圧源ＶＳ５から電流を供給されたレーザダイオードＬＤからの光が電気光学（Electro-Optic、以下、EOと略す)結晶１１３を通過し、そしてその一部が偏光ビームスプリッタＰＢＳを通過して出射する。その光を信号処理装置１３の光検出器ＰＤが受光して電流に変換すると抵抗Ｒ２の両端に電圧が生じる。さらに、センサ信号用電極１１１にセンサグランド用電極１１２に対する電圧が生じると、これら電極に接続され且つＥＯ結晶１１３を挟んでいる電極１１４，１１５よりＥＯ結晶１１３に電界が結合されてその偏光状態が変化し、つまりＥＯ効果が生じ、これにより、抵抗Ｒ２の両端の電圧が変化する。
【００１１】
図１１のシステムでは、被測定電圧を印加する電極対である、センサ信号用電極およびセンサグランド用電極が、いずれも回路グランドから絶縁されている。一般に回路グランドの電位は不安定であるが、それらの電極が回路グランドから絶縁されているので、図１１のシステムには、電位が不安定な回路グランドの影響を受けずに被測定電圧を正確に検出できるという利点がある。
【特許文献１】特許３５０７００７号公報
【特許文献２】特許３５０７００８号公報
【特許文献３】特開２００３−９８２０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、図１１のシステムでは、ＥＯ結晶におけるＥＯ効果を利用して電圧を検出しているため、高い感度で電圧を検出することが難しい。また、ＥＯ結晶や偏光ビームスプリッタなどの光学素子によりセンサヘッドがコスト高になってしまうことがある。
【００１３】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、信号処理装置の回路グランドの影響を避けつつ、高い感度で電圧を検出できる電圧検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、請求項１の本発明は、電圧の検出点に電気的に接続されて当該検出点の電圧に応じた強度の光を出射する光源と、この光源からの光を受光し当該光を該光の強度に応じた大きさの電気信号に変換する光検出器とを備えたことを特徴とする電圧検出装置をもって解決手段とする。
【００１５】
請求項１の本発明によれば、光源を電圧の検出点に電気的に接続したことで、ＥＯ結晶を用いたときのように低感度になってしまうことがなく、よって、高い感度で電圧を検出することができる。
【００１６】
請求項２の本発明は、電圧の検出点と前記光源との間に、入力インピーダンスが高く出力インピーダンスが低いインピーダンス変換器を備えたことを特徴とする請求項１記載の電圧検出装置をもって解決手段とする。
【００１７】
請求項２の本発明によれば、電圧の検出点と光源との間に、入力インピーダンスが高く出力インピーダンスが低いインピーダンス変換器を備えたことで、光源の入力インピーダンスが低い場合でも、被測定電圧に応じて光源を駆動できる。
【００１８】
請求項３の本発明は、電圧源と、この電圧源の電圧を、電圧の検出点の電圧に加算する加算器とを備えたことを特徴とする請求項１または２記載の電圧検出装置をもって解決手段とする。
【００１９】
請求項３の本発明によれば、電圧源と、この電圧源の電圧を、電圧の検出点の電圧に加算する加算器とを備えたことで、電圧のしきい値をもつ光源から光を出射させることができ、よって、電圧のしきい値をもつ光源を用いて、検出点の電圧を検出できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の電圧検出装置によれば、光源を電圧の検出点に電気的に接続したことで、ＥＯ結晶を用いたときのように低感度になってしまうことがなく、よって、高い感度で電圧を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２２】
[第１の実施の形態]
図１は、本実施の第１の実施の形態に係る電圧検出装置１の構成図である。
【００２３】
電圧検出装置１は、センサヘッド１１と信号処理装置１２とから構成される。
【００２４】
センサヘッド１１は、人体などの電圧の検出点に接触させられるセンサ信号用電極１１１と、電圧検出の基準点に接触またはフローティングにされるセンサグランド用電極１１２とを備え、また、センサ信号用電極１１１にアノードを、センサグランド用電極１１２にカソードをそれぞれ接続されたレーザダイオードＬＤを光源として備える。Ｒ１は、レーザダイオードＬＤの内部抵抗を明示したものである。
【００２５】
信号処理装置１２は、レーザダイオードＬＤからの光を受光し当該光を該光の強度に応じた大きさの電流に変換する光検出器ＰＤを備える。光検出器ＰＤのカソードは電圧源ＶＳ１の正電圧端子に接続され、電圧源ＶＳ１の負電圧端子は、信号処理装置１２の回路グランドに接続される。光検出器ＰＤのアノードと信号処理装置１２の回路グランドとの間には抵抗Ｒ２が接続される。
【００２６】
この電圧検出装置１のセンサヘッド１１では、人体などの電圧の検出点にセンサ信号用電極１１１を接触させ、センサグランド用電極１１２を電圧検出の基準点に接触またはフローティングにすると、センサグランド用電極１１２に対するセンサ信号用電極１１１の電圧がレーザダイオードＬＤに印加され、レーザダイオードＬＤがその電圧に応じた強度の光を出射する。
【００２７】
電圧検出装置１の信号処理装置１２では、光検出器ＰＤがレーザダイオードＬＤからの光を受光し当該光を該光の強度に応じた大きさの電流に変換する。これにより、抵抗Ｒ２の両端には検出点の電圧に応じた大きさの電圧が現れる。
【００２８】
以上のように、電圧検出装置１によれば、レーザダイオードＬＤを電圧の検出点に電気的に接続したことで、ＥＯ結晶を用いたときのように低感度になってしまうことがなく、よって、高い感度で電圧を検出することができる。
【００２９】
また、センサ信号用電極およびセンサグランド用電極が、いずれも信号処理装置の回路グランドから絶縁されているので、回路グランドの不安定な電位の影響を受けずに検出を行うことができる。
【００３０】
[第２の実施の形態]
図２は、本実施の第２の実施の形態に係る電圧検出装置２の構成図である。ここからは、電圧検出装置の構成要素の中で同一のものには同一符号を付すことにする。
【００３１】
電圧検出装置２は、センサヘッド１１Ａと信号処理装置１２とから構成される。
【００３２】
センサヘッド１１Ａでは、電圧源ＶＳ２から電力を供給され、グランド端子をセンサヘッド１１Ａの回路グランドに接続したインピーダンス変換器ＩＣＶの一方の入力端子に、センサ信号用電極１１１が接続され、他方の入力端子にセンサグランド用電極１１２が接続される。インピーダンス変換器ＩＣＶの出力端子はレーザダイオードＬＤのアノードに接続され、レーザダイオードＬＤのカソードはセンサヘッド１１Ａの回路グランドに接続されている。
【００３３】
なお、電圧検出装置２の信号処理装置１２は、電圧検出装置１のものと同じであるので構成の説明を省略する。
【００３４】
図３は、電圧検出装置２の具体例の構成図である。
【００３５】
電圧検出装置２の具体例では、インピーダンス変換器ＩＣＶの具体例であるオペアンプＯＰ１に電圧源ＶＳ２から電力が供給され、このオペアンプＯＰ１のグランド端子はセンサヘッド１１Ａの回路グランドに接続される。
【００３６】
オペアンプＯＰ１の正入力端子にはセンサ信号用電極１１１が接続され、オペアンプＯＰの出力端子はレーザダイオードＬＤのアノード並びにオペアンプＯＰ１の負入力端子に接続される。レーザダイオードＬＤのカソードはセンサヘッド１１Ａの回路グランドに接続される。
【００３７】
つまり、電圧検出装置２の具体例では、オペアンプＯＰ１を電圧フォロワとして用いている。
【００３８】
図３の電圧検出装置２のセンサヘッド１１Ａでは、人体などの電圧の検出点にセンサ信号用電極１１１を接触させ、センサグランド用電極１１２を基準点に接触またはフローティングにすると、センサグランド用電極１１２に対するセンサ信号用電極１１１の電圧がオペアンプＯＰの出力端子に現れる。これにより、レーザダイオードＬＤがその電圧に応じた強度の光を出射する。以下、信号処理装置１２での動作は電圧検出装置１のときと同様である。
【００３９】
以上のように、電圧検出装置２によれば、レーザダイオードＬＤを電圧の検出点に電気的に接続したことで、ＥＯ結晶を用いたときのように低感度になってしまうことがなく、よって、高い感度で電圧を検出することができる。
【００４０】
さらに、電圧検出装置２のセンサヘッド１１Ａを構成するオペアンプＯＰ１の入力端子はインピーダンスが高く出力端子はインピーダンスが低いので、低い内部抵抗をもつ、つまり低入力インピーダンスのレーザダイオードＬＤから高強度の光を出射させることができる。したがって、検出点の電圧を高い感度で検出することができる。
【００４１】
なお、電圧検出装置２の具体例では、オペアンプＯＰ１を電圧フォロワとして用いたが、オペアンプＯＰ１を反転増幅器または非反転増幅器として用いることで、検出点の電圧を利得倍した電圧によってレーザダイオードＬＤから光を出射させることができるので、電圧検出装置２の感度をより向上させることができる。
【００４２】
[第３の実施の形態]
図４は、本実施の第３の実施の形態に係る電圧検出装置３の構成図である。
【００４３】
電圧検出装置３は、センサヘッド１１Ｂと信号処理装置１２とから構成される。
【００４４】
センサヘッド１１Ｂでは、電圧源ＶＳ３に電力を供給され、グランド端子をセンサヘッド１１Ｂの回路グランドに接続した能動加算器ＡＤＡの一方の入力端子がセンサ信号用電極１１１に接続され、他方の入力端子が電圧源ＶＳ４を介してセンサグランド用電極１１２に接続される。センサグランド用電極１１２はセンサヘッド１１Ｂの回路グランドに接続される。
【００４５】
能動加算器ＡＤＡの出力端子はレーザダイオードＬＤのアノードに接続され、レーザダイオードＬＤのカソードはセンサヘッド１１Ｂの回路グランドに接続されている。
【００４６】
なお、電圧検出装置３の信号処理装置１２は、電圧検出装置１などのものと同じであるので構成の説明を省略する。
【００４７】
図５は、電圧検出装置３の具体例の構成図である。
【００４８】
電圧検出装置３の具体例では、能動加算器ＡＤＡの具体例であるオペアンプＯＰ２に電圧源ＶＳ３から電力が供給され、オペアンプＯＰ２のグランド端子がセンサヘッド１１Ｂの回路グランドに接続される。
【００４９】
オペアンプＯＰ２の負入力端子には、抵抗Ｒ３を介してセンサ信号用電極１１１が接続される。また、センサグランド用電極１１２はセンサヘッド１１Ｂの回路グランドに接続され、この回路グランドに負電圧端子を接続した電圧源ＶＳ４の正電圧端子が抵抗Ｒ４を介してオペアンプＯＰ２の負入力端子に接続される。
【００５０】
オペアンプＯＰ２の正入力端子は抵抗Ｒ５を介してセンサヘッド１１Ｂの回路グランドに接続されている。
【００５１】
オペアンプＯＰ２の出力端子はレーザダイオードＬＤのアノードに接続され、また、抵抗Ｒ６を介して、オペアンプＯＰ２の負入力端子に接続されている。レーザダイオードＬＤのカソードはセンサヘッド１１Ｂの回路グランドに接続されている。
【００５２】
図５の電圧検出装置３のセンサヘッド１１Ｂでは、人体などの電圧の検出点にセンサ信号用電極１１１を接触させ、センサグランド用電極１１２を基準点に接触またはフローティングにすると、センサグランド用電極１１２に対するセンサ信号用電極１１１の電圧に、電圧源ＶＳ４の正電圧端子と負電圧端子との間の電圧を加算したときの、加算後の電圧がオペアンプＯＰ２で利得倍され、オペアンプＯＰの出力端子に現れる。これにより、レーザダイオードＬＤがその利得倍した電圧に応じた強度の光を出射する。以下、信号処理装置１２での動作は電圧検出装置１などのときと同様である。
【００５３】
以上のように、電圧検出装置３によれば、レーザダイオードＬＤを電圧の検出点に電気的に接続したことで、ＥＯ結晶を用いたときのように低感度になってしまうことがなく、よって、高い感度で電圧を検出することができる。
【００５４】
さらに、電圧源ＶＳ４と、この電圧源ＶＳ４の電圧を、検出点の電圧に加算する能動加算器ＡＤＡを設けたことで、電圧のしきい値をもつレーザダイオードＬＤ（電圧のしきい値を越えないと光を出射しないレーザダイオード）から光を出射させることができ、よって、電圧のしきい値をもつレーザダイオードＬＤを用いて、検出点の電圧を検出することができる。
【００５５】
[第４の実施の形態]
図６は、本実施の第４の実施の形態に係る電圧検出装置４の構成図である。
【００５６】
電圧検出装置４は、センサヘッド１１Ｃと信号処理装置１２とから構成される。
【００５７】
センサヘッド１１Ｃでは、グランド端子をセンサヘッド１１Ｃの回路グランドに接続した受動加算器ＡＤＰの一方の入力端子がセンサ信号用電極１１１に接続され、他方の入力端子が電圧源ＶＳ５を介してセンサグランド用電極１１２に接続される。センサグランド用電極１１２はセンサヘッド１１Ｃの回路グランドに接続される。
【００５８】
受動加算器ＡＤＰの出力端子はレーザダイオードＬＤのアノードに接続され、レーザダイオードＬＤのカソードはセンサヘッド１１Ｃの回路グランドに接続されている。
【００５９】
なお、電圧検出装置４の信号処理装置１２は、電圧検出装置１などのものと同じであるので構成の説明を省略する。
【００６０】
図７は、電圧検出装置４の具体例の構成図である。
【００６１】
電圧検出装置４の具体例では、センサ信号用電極１１１にキャパシタＣの一方の電極が接続され、キャパシタＣの他方の電極は、インダクタＬの一方の端子、並びにレーザダイオードＬＤのアノードに接続される。
【００６２】
インダクタＬの他方の端子は、電圧源ＶＳ３の正電圧端子に接続され、電圧源ＶＳ３の負電圧端子とセンサグランド用電極１１２とが、センサヘッド１１Ｃの回路グランドに接続される。
【００６３】
図７の電圧検出装置４のセンサヘッド１１Ｃでは、人体などの電圧の検出点にセンサ信号用電極１１１を接触させ、センサグランド用電極１１２を基準点に接触またはフローティングにすると、センサグランド用電極１１２に対するセンサ信号用電極１１１の電圧の交流成分と、電圧源ＶＳ５の正電圧端子と負電圧端子との間の電圧とを加算した信号が、キャパシタＣとインダクタＬとの接続点に現れる。これにより、レーザダイオードＬＤがその信号に応じた強度の光を出射する。以下、信号処理装置１２での動作は電圧検出装置１などのときと同様である。
【００６４】
以上のように、電圧検出装置４によれば、レーザダイオードＬＤを電圧の検出点に電気的に接続したことで、ＥＯ結晶を用いたときのように低感度になってしまうことがなく、よって、高い感度で電圧を検出することができる。
【００６５】
さらに、電圧源ＶＳ５と、この電圧源ＶＳ５の電圧を、検出点の電圧に加算する受動加算器ＡＤＰを設けたことで、電圧のしきい値をもつレーザダイオードＬＤから光を出射させることができ、よって、電圧のしきい値をもつレーザダイオードＬＤを用いて検出点の電圧の交流成分を検出することができる。
【００６６】
[第５の実施の形態]
図８は、本実施の第５の実施の形態に係る電圧検出装置５の構成図である。
【００６７】
電圧検出装置５は、センサヘッド１１Ｄと信号処理装置１２とから構成される。
【００６８】
センサヘッド１１Ｄでは、電圧源ＶＳ２から電力を供給され、グランド端子をセンサヘッド１１Ｄの回路グランドに接続したインピーダンス変換器ＩＣＶの一方の入力端子に、センサ信号用電極１１１が接続され、他方の入力端子にセンサグランド用電極１１２が接続される。
【００６９】
また、センサヘッド１１Ｄでは、電圧源ＶＳ３に電力を供給され、グランド端子をセンサヘッド１１Ｄの回路グランドに接続した能動加算器ＡＤＡの一方の入力端子が、インピーダンス変換器ＩＣＶの出力端子に接続され、他方の入力端子が電圧源ＶＳ４を介してセンサヘッド１１Ｄの回路グランドに接続される。センサグランド用電極１１２はセンサヘッド１１Ｄの回路グランドに接続される。
【００７０】
また、センサヘッド１１Ｄでは、能動加算器ＡＤＡの出力端子はレーザダイオードＬＤのアノードに接続され、レーザダイオードＬＤのカソードはセンサヘッド１１Ｄの回路グランドに接続されている。
【００７１】
なお、電圧検出装置５の信号処理装置１２は、電圧検出装置１などのものと同じであるので構成の説明を省略する。
【００７２】
また、インピーダンス変換器ＩＣＶは前述のようにオペアンプＯＰ１で構成され、能動加算器ＡＤＡは前述のようにオペアンプＯＰ２で構成されたこととする。
【００７３】
図８の電圧検出装置５のセンサヘッド１１Ｄでは、人体などの電圧の検出点にセンサ信号用電極１１１を接触させ、センサグランド用電極１１２を基準点に接触またはフローティングにすると、センサグランド用電極１１２に対するセンサ信号用電極１１１の電圧がインピーダンス変換器ＩＣＶの出力端子に現れる。
【００７４】
また、センサグランド用電極１１２に対するセンサ信号用電極１１１の電圧の交流成分と、電圧源ＶＳ４の正電圧端子と負電圧端子との間の電圧とを加算したときの、加算後の電圧に応じた電圧が能動加算器ＡＤＡの出力端子に現れる。これにより、レーザダイオードＬＤがその電圧に応じた強度の光を出射する。以下、信号処理装置１２での動作は電圧検出装置１などのときと同様である。
【００７５】
以上のように、電圧検出装置５によれば、レーザダイオードＬＤを電圧の検出点に電気的に接続したことで、ＥＯ結晶を用いたときのように低感度になってしまうことがなく、よって、高い感度で電圧を検出することができる。
【００７６】
さらに、各オペアンプＯＰの入力端子はインピーダンスが高く出力端子はインピーダンスが低いので、低入力インピーダンスのレーザダイオードＬＤから高強度の光を出射させることができる。
【００７７】
さらに、電圧源ＶＳ４と、この電圧源ＶＳ４の電圧を、検出点の電圧に加算する受動加算器ＡＤＰを設けたことで、電圧のしきい値をもつレーザダイオードＬＤから光を出射させることができ、よって、電圧のしきい値をもつレーザダイオードＬＤを用いて、検出点の電圧を検出することができる。
【００７８】
なお、以上の説明では、光源としてレーザダイオードＬＤを用いたが、光源には発光ダイオードなどを用いても勿論よい。
【００７９】
また、以上の説明では、人体など検出点の電圧を検出することを例としたが、本実施の形態の電圧検出装置は、人体以外、例えば電子機器などの検出点の電圧を検出することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本実施の第１の実施の形態に係る電圧検出装置１の構成図である。
【図２】本実施の第２の実施の形態に係る電圧検出装置２の構成図である。
【図３】電圧検出装置２の具体例の構成図である。
【図４】本実施の第３の実施の形態に係る電圧検出装置３の構成図である。
【図５】電圧検出装置３の具体例の構成図である。
【図６】本実施の第４の実施の形態に係る電圧検出装置４の構成図である。
【図７】電圧検出装置４の具体例の構成図である。
【図８】本実施の第５の実施の形態に係る電圧検出装置５の構成図である。
【図９】人体上の検出点の電圧を測定するシステムの構成図である。
【図１０】図１０（ａ）は、人体の２点に電極を接触させるシステムの構成図であり、図１０（ｂ）は、人体の１点に電極を接触させるシステムの構成図である。
【図１１】図１１は、図９や図１０（ａ）や図１０（ｂ）のシステムにおけるセンサヘッド１１Ｅと信号処理装置１３の構成図である。
【符号の説明】
【００８１】
１，２，３，４，５  電圧検出装置
１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ  センサヘッド
１２  信号処理装置
１１１  センサ信号用電極
１１２  センサグランド用電極
ＡＤＡ  能動加算器
ＡＤＰ  受動加算器
ＩＣＶ  インピーダンス変換器
ＬＤ  レーザダイオード
ＰＤ  光検出器
ＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３，ＶＳ４，ＶＳ５  電圧源
【図１】
2006047202.tif 000003
【図２】
2006047202.tif 000004
【図３】
2006047202.tif 000005
【図４】
2006047202.tif 000006
【図５】
2006047202.tif 000007
【図６】
2006047202.tif 000008
【図７】
2006047202.tif 000009
【図８】
2006047202.tif 000010
【図９】
2006047202.tif 000011
【図１０】
2006047202.tif 000012
【図１１】
2006047202.tif 000013